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单体电磁永磁混合结构排斥力的试验研究

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随着半导体产品的发展，对半导体超精密加工平台的要求更加迫切，人们不断探索超精密加工平台的控制方法。气悬浮精密加工平台虽有很多优点，但系统设备复杂、刚度小、承载能力低、加工精度只能达到几十纳米，对于更高精度要求的半导体器件，气悬浮加工平台目前还达不到。本论文课题研究的电磁永磁混合结构结合了电磁体和永磁体二者的特点，能够起到纯电磁铁悬浮系统所不能达到的效果。在混合结构中永磁体产生的磁场起主导作用，通入线圈中电流产生的磁场起一个微调作用。因此，在产生相同悬浮力的情况下，混合结构比纯电磁结构需要的电流较小，工作稳定性和安全性更高。电磁永磁混合结构克服了气悬浮技术的不足，可以进一步提高了在半导体超精密加工方面的精度。
　　 为了确定影响悬浮排斥力的主要因素，以及各因素间的定量关系。本论文基于电磁场理论的磁路计算原则，推导出计算悬浮排斥力的理论公式。通过ANSYS对单体电磁永磁混合结构进行有限元分析和仿真，直观地观察磁力线、磁流密度和磁场密度的分布情况。通过对电流、悬浮间距、永磁体的高度和直径、线圈的匝数和高度进行正交试验，找出影响排斥力的最优组合因子顺序，为进一步的试验提供了基础数据。通过改变电流的变化，从而改变排斥力的大小，最终改变悬浮间距的大小，使悬浮体重新处于一个新的平衡。
　　 通过对单因子模型的模拟数据和试验数据分析表明，线圈电流变化对排斥力的影响呈线性关系，对悬浮间距的影响同样呈线性关系。尽管悬浮排斥力和悬浮间距随线圈电流变化较小，但这种微调作用正是超精密加工平台控制中所需要的，该结论对排斥式磁悬浮的悬浮体位置调整控制方式具有指导作用。

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